外热带大气扰动对ENSO的影响

合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件,发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用,而且影响到ENSO的发展和衰减. 因此,尽管ENSO对外热带大气扰动有影响,但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用. 在ENSO发生前,南印度洋中纬度为反气旋异常,并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常;同时,澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合,促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生. 在ENSO发生之后,东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展. 当ENSO达到成熟时,澳大利亚东部的反气旋异常东移,使东南太平洋的气旋异常减弱,南方涛动型环流异常亦随之减弱;同时,阿留申气旋异常加强,尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升,使该地区海表温度降低,加速ENSO的消亡.     

Hadley环流的年际和年代际变化特征及其与热带海温的关系

利用NCEP/NCAR再分析风场资料和NOAA海表温度(SST)资料,分析了冬、夏季Hadley环流的变化特征及其与热带海温在年际、年代际尺度上的关系. 结果表明,冬季北半球Hadley环流强度具有明显的年际和年代际变化,同时还呈现出明显的增强趋势. 伴随着Hadley环流的加强,环流中心位置南移,高度上升;夏季南半球Hadley环流变化主要表现为强、弱、强的年代际振动,没有明显的线性趋势. 研究还显示冬季Hadley环流与Nino3区SST正相关,这种相关性具有年代际变化特征. 年际尺度上,冬季北半球Hadley环流与Nino3区SST正相关;夏季南半球Hadley环流与Nino3区SST负相关,即当赤道中东太平洋SST异常偏暖(冷)时,冬、夏季Hadley环流变强(弱).     

南印度洋副热带偶极模在ENSO事件中的作用

南印度洋副热带偶极模（Subtropical Dipole Pattern,SDP）是印度洋存在的另一种很明显的偶极型海温差异现象,在年际和年代际尺度上均有十分明显的表现.而目前有关印度洋海气相互作用的研究主要集中在赤道印度洋地区,针对南印度洋地区的工作还比较少,特别是有关南印度洋海温与ENSO（El NiDo-Southern Oscillation）事件关系的研究.本文初步探讨了年际尺度上南印度洋副热带偶极型海温变化差异与ENSO事件的关系,发现SDP与ENSO事件有密切的联系,SDP事件就像连接正负ENSO位相转换的一个中间环节,SDP事件前后期ENSO的位相刚好完全相反.进一步,本文通过分析SDP事件前后期海温、高低层风、低层辐合辐散、高空云量和辐射等的变化特征研究了南印度洋偶极型海温异常在ENSO事件中的作用,结果表明：SDP在ENSO事件中的作用不仅涉及海气相互作用的正负反馈过程,还与热带和副热带大气环流之间的相互作用有关,特别是与东南印度洋海温变化所引起的异常纬向风由赤道印度洋向赤道太平洋传播的过程等有十分直接的关系;同时,SDP对ENSO事件的影响在很大程度上还依赖于大尺度平均气流随季节的变换.     

不同强度El Nino的衰减过程.Ⅰ,强El Nino的衰减过程

将1951～2004年期间的12次El Nino事件分为强、中等、较弱和弱4类,结果发现,强和较弱El Nino衰减进入La Nina,但是中等和弱El Nino衰减进入平常态.因此,El Nino的衰减结果与自身强度之间存在密切的非线性关系.进一步的研究表明,负异常信号自西太平洋向中东太平洋的东传主导了强El Nino事件向La Nina的转变过程,其具体动力过程类似于西太平洋振子理论.热带西北太平洋（WNP）大气异常反气旋在强El Nino位相转变中起核心作用,它的维持和缓慢东移是赤道东风异常维持和发展的原因,而后者通过激发Kelvin波导致了ENSO从El Nino向La Nina的转变.     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布，使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应，利用SVD和合成检验方法，分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季，中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心，西太平洋副高偏弱、偏东，东亚夏季风增强；El Nino成熟阶段冬季，东亚大槽加强，东亚北部冬季风加强；El Nino衰亡阶段夏季，西太平洋副高偏强、偏南、西伸，东亚夏季风减弱；El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密，其次是成熟阶段冬季，最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.     

热带太平洋海洋混合层水体振荡与ENSO循环

研究了热带太平洋温跃层和海面风应力年际变率主要模态及它们之间的相互作用, 探讨了ENSO循环的可能形成机制, 得到如下结果: (1)热带太平洋温跃层异常具以160°W为纵轴的东西向偶极子分布和以6~8°N为横轴的南北向跷跷板分布等两种主要模态, 两者(相位差90°)组合构成El Niño/La Niña循环, 表现为混合层水体(指温跃层界面之上海温垂直分布较均匀的上层海洋)在赤道与12°N之间的热带太平洋海盆内反时针三维振荡; (2)热带太平洋风应力异常具两种主要分布型, 第一特征向量场反映了热带太平洋信风异常导致的赤道太平洋异常纬向风应力及散度场与离赤道北太平洋异常越赤道风应力及反相散度场, 第二特征向量场反映了热带辐合带(ITCZ)异常导致的异常风应力及相应散度场; (3)信风异常对ENSO事件的形成、强度和相变都有决定性的作用, 它导致海面倾斜, 提供了混合层水体振荡初始位能, 同时造成赤道太平洋西部与东部之间和赤道太平洋与12°N北太平洋海盆之间温跃层同步反相位移, 限定了热带太平洋混合层水体振荡的振幅和路线. ITCZ异常主要对ENSO相变过程有一定影响; (4)热带西太平洋海洋热力异常导致海面风应力异常, 它伴随热带太平洋混合层水体振荡沿赤道由西向东扩展, 造成热带太平洋信风异常, 产生有利于水体振荡的异常风应力及散度场, 反过来进一步加强混合层水体振荡. 这一海气耦合过程与混合层水体振荡一起为ENSO循环提供了相变和年际记忆机制. 研究指出, ENSO循环实质上是由信风异常和海气耦合过程共同作用下产生的热带太平洋海洋混合层水体在赤道与12°N之间热带太平洋海盆内的惯性振荡. 海气耦合过程产生的作用力大于或等于水体运动阻力时, ENSO循环将加强或维持, 不足以克服水体运动阻力时, 水体振荡减小, ENSO循环将逐渐减弱, 直至中断.     

青藏高原热力作用对北半球气候影响的研究

总结了近年来关于青藏高原热力作用的气候特征及其对北半球区域气候影响的研究成果,主要包括：青藏高原热力作用不仅对亚洲季风和降水变率有着重要影响,而且还通过激发类似于亚洲．太平洋涛动的大尺度遥相关,影响着北美和欧洲以及南印度洋的大气环流和气候．青藏高原气候不是被动的受热带太平洋海温影响,它也可以通过北太平洋大气环流调制着太平洋热带和中纬度海．气相互作用．春、夏季青藏高原加热异常通过影响北太平洋副热带高压、哈德莱（Hadley）环流和赤道辐合带（ITCZ）,调制着热带ENSO发展,因此研究从青藏高原气候异常来预测ENSO发展的方法是必要的．这体现了北半球海．陆．气相互作用的本质．由于过去的研究更多地集中在青藏高原对亚洲季风区气候的影响方面,因而加强研究青藏高原在北半球乃至全球气候变化中的作用十分必要．     

厄尔尼诺/南方涛动与赤道远西太平洋准两年周期振荡之间相互作用的概念模式

建立了一个反映厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)与热带远西太平洋准两年振荡(QBOWP)相互作用最基本物理过程的新概念模式. 在此概念模式中, QBOWP对ENSO的影响通过两种途径: (1) 沿赤道太平洋海洋Kelvin波和 (2) 大气的Walker环流; 而ENSO对QBOWP的影响则可通过大气的Walker环流异常来实现. 对该模式结果的分析诊断表明: 在ENSO与QBOWP相互作用过程中, 大气桥(Walker环流)的作用比海洋桥(沿赤道太平洋的Kelvin波)更重要; 通过QBOWP与ENSO的相互作用, 一个3~5年周期的ENSO振荡可以变为准两年振荡, 而赤道远西太平洋年际变化的主要周期也会变长; 热带太平洋大气-海洋耦合系统的多时间尺度的年际变化可以通过ENSO与QBOWP的相互作用来实现.     

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

印度洋海表温度（Sea Surface Temperature，简称SST）的方差分析和相关分析表明南印度洋也存在一个海温偶极子型振荡，并定义了一个南印度洋海表温度异常偶极子指数.夏、秋季（南半球冬、春）的南印度洋偶极子指数与后期热带500hPa和100hPa高度场异常有显著而持续的相关，在冬、春达到最大，并可以持续到次年夏、秋.前期夏、秋季节的南印度洋偶极模对次年我国大陆东部夏季降水异常有显著的影响，对应偶极子正位相，次年夏季印度洋、南海（东亚）夏季风偏弱；副高加强且南撤、西伸，南亚高压偏强且位置偏东，易形成我国长江流域降水偏多，华南降水偏少；负位相年反之.后期冬季西太平洋暖池是联系南印度洋偶极子与次年我国夏季降水异常关系的一条重要途径.南印度洋偶极子表现出了明显的独立于ENSO（El Nio Southern Oscillation，简称ENSO）的特征.     

2005—2017年两次强ENSO事件对中国区域陆地水储量变化影响的卫星重力观测

近年来极端气候事件的频发对全球和区域性水循环产生了重大影响,特别是2005—2017年间两次强ENSO(El Nino-Southern Oscillation)事件使得全球陆地水储量出现了较大的年际波动.GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星随着数据质量的提高、后处理方法的完善和超过十年的连续观测,捕捉陆地水储量异常的能力明显提高,这为研究2005—2017年间两次强ENSO事件对中国区域陆地水储量变化的影响提供了观测基础.本文综合利用GRACE卫星重力数据、GLDAS水文模型和实测降水资料分析了中国区域陆地水储量年际变化和与ENSO的关系.研究发现:长江流域中、下游地区和东南诸河流域与ENSO存在较高的相关性,与ENSO的相关系数最大值分别为0.55、0.78、0.70,较ENSO分别滞后约7个月、5个月和5个月.其中长江流域下游地区与ENSO的相关性最强,2010/11 La Nina和2015/16 El Nino两次强ENSO事件使得陆地水储量分别发生了约-24.1亿吨和27.9亿吨的波动.在2010/11 La Nina期间,长江流域下游地区和东南诸河流域陆地水储量异常约在2011年4—5月达到谷值,而长江流域中游地区晚1~2月达到谷值.在2015/16 El Nino期间,长江流域中、下游地区和东南诸河流域陆地水储量从2015年9月到2016年7月持续出现正异常信号.其中,2015年秋冬季(2015年9月至2016年1月)陆地水储量异常明显是受此次El Nino同期影响的结果;2016年春季(4—5月)陆地水异常是受到此次厄尔尼诺峰值的滞后影响所致;2016年7月的陆地水储量异常则与西北太平洋存在的异常反气旋环流有关.     

热带大气季节内振荡和ENSO的相互关系

通过观测资料的分析和数值模拟，研究了热带大气季节内振荡与ＥＮＳＯ的相互关系．一方面，在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发生之前，热带大气季节内振荡（尤其是在赤道中西太平洋地区）异常偏强，通过海一气相互作用它可能是Ｅ１Ｎｉｎｏ的一种重要激发机制．同时，赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区３０-６０天振荡的加强和强东亚冬季风有关．另一方面，ＥＮＳＯ对热带大气季节内振荡也有重要影响，在Ｅ１Ｎｉｎｏ期间，热带大气季节内振荡明显减弱；其结构明显趋于正压性．     

厄尔尼诺持续时间与大气环流异常形势

针对不同持续时间的El Nio事件,进行了大尺度大气环流及其演变的合成分析研究.其结果清楚地表明,不同持续时间的El Nio事件的发生、发展和消亡过程,对流层低层风场和对流层高层速度势场的距平都有极为显著差异.分析得到了对El Nio事件的发生和消亡起着重要作用的大气环流异常形势.还发现对于持续时间较长的El Nio事件,东北太平洋上850hPa异常气旋性环流减弱和西北太平洋上异常反气旋性环流增强较慢,因此赤道太平洋异常西风维持的时间也较长,而与澳大利亚冬季风加强相关联的南半球西太平洋的速度势正距平的维持,对El Nio的持续也起一定作用;对应持续时间较短的El Nio事件,西太平洋上200hPa速度势正距平的迅速东移,对El Nio的迅速消亡起重要作用.     

Conceptual model about the interaction between El Ni(n)o/ Southern Oscillation and Quasi-Biennial Oscillation in far west equatorial Pacific

Interaction between the Quasi-Biennial Oscillation in far west equatorial Pacific (QBOWP) and the El Nino/Southern Oscillation (ENSO) is studied using a new conceptual model. In this conceptual model, the QBOWP effects on ENSO are achieved through two ways: (1) the oceanic Kelvin wave along equatorial Pacific, and (2) the Atmospheric Walker Circulation anomaly, while ENSO effects on QBOWP can be accomplished by the atmospheric Walker Circulation anomaly. Diagnosis analysis of the model results shows that the Atmospheric bridge (Walker circulation) plays a more important role in interaction between the ENSO and QBOWP than the oceanic bridge (oceanic Kelvin wave along equatorial Pacific); It is found that by the interaction of the ENSO and QBOWP, a free ENSO oscillation with 3-5 years period could be substituted by a oscillation with the quasi-biennial period, and the dominant period of SST anomaly and wind anomaly in the far west equatorial Pacific tends to be prolonged with enhanced ENSO forcing. Generally, the multi-period variability in the coupled Atmosphere-Ocean System in the Tropical Pacific can be achieved through the interaction between ENSO and QBOWP.     

ENSO对平流层气溶胶分布的影响

本文采用ONI(Oceanic Nino Index)和HALOE(Halogen Occultation Experiment)气溶胶面积密度资料,从其滞后相关性入手分析了ENSO循环对平流层气溶胶的影响,通过对滞后于El Nino和La Nina时气溶胶含量的比较探讨了ENSO强迫的影响程度,并用剩余环流及其输送量...     

Impacts of thermodynamic processes over the Tibetan Plateau on the Northern Hemispheric climate

We here report our recent research results on the climatic features of Tibetan thermodynamic functions and their impacts on the regional climates of the Northern Hemisphere. The results show that the thermodynamic processes over the Tibetan Plateau not only strongly influence the Asian monsoon and precipitation, but also modulate the atmospheric circulation and climate over North America and Europe through stimulating the large-scale teleconnections such as the Asian-Pacific oscillation and affect the atmospheric circulation over the southern Indian Ocean. The Tibetan climate may be affected by sea surface temperatures over the tropical Pacific. On the other hand, the Tibetan climate also affects the atmosphere-ocean interactions in the tropics and mid-latitudes of the Pacific by the atmospheric circulation over the North Pacific. In spring and summer, the thermodynamic anomalies on the plateau affect the subtropical high pressure, the Hadley circulation, and the intertropical convergence zone over the Pacific, and then modulate the development of the El Niño/Southern Oscillation (ENSO). It is necessary to study the forecasting methods for the development of ENSO from the Tibetan climate anomaly. This result also embodies the essence of interactions among land, atmosphere, and ocean over the Northern Hemisphere. Since the previous studies focused on impacts of the plateau on climates in the Asian monsoon regions, it is essential to pay more attention to studying the roles of the plateau in the Northern Hemispheric and even global climates.     

Mixed-layer water oscillations in tropical Pacific for ENSO cycle

The main modes of interannal variabilities of thermocline and sea surface wind stress in the tropical Pacific and their interactions are investigated,which show the following results.(1) The thermocline anomalies in the tropical Pacific have a zonal dipole pattern with 160°W as its axis and a meridional seesaw pattern with 6-8°N as its transverse axis.The meridional oscillation has a phase lag of about 90° to the zonal oscillation,both oscillations get together to form the El Ni?o/La Ni?a cycle,which be-haves as a mixed layer water oscillates anticlockwise within the tropical Pacific basin between equator and 12°N.(2) There are two main patterns of wind stress anomalies in the tropical Pacific,of which the first component caused by trade wind anomaly is characterized by the zonal wind stress anomalies and its corresponding divergences field in the equatorial Pacific,and the abnormal cross-equatorial flow wind stress and its corresponding divergence field,which has a sign opposite to that of the equatorial region,in the off-equator of the tropical North Pacific,and the second component represents the wind stress anomalies and corresponding divergences caused by the ITCZ anomaly.(3) The trade winds anomaly plays a decisive role in the strength and phase transition of the ENSO cycle,which results in the sea level tilting,provides an initial potential energy to the mixed layer water oscillation,and causes the opposite thermocline displacement between the west side and east side of the equator and also between the equator and 12°N of the North Pacific basin,therefore determines the amplitude and route for ENSO cycle.The ITCZ anomaly has some effects on the phase transition.(4) The thermal anomaly of the tropical western Pacific causes the wind stress anomaly and extends eastward along the equator accompanied with the mixed layer water oscillation in the equatorial Pacific,which causes the trade winds anomaly and produces the anomalous wind stress and the corresponding divergence in favor to conduce the oscillation,which in turn intensifies the oscillation.The coupled system of ocean-atmo-sphere interactions and the inertia gravity of the mixed layer water oscillation provide together a phase-switching mechanism and interannual memory for the ENSO cycle.In conclusion,the ENSO cycle essentially is an inertial oscillation of the mixed layer water induced by both the trade winds anomaly and the coupled ocean-atmosphere interaction in the tropical Pacific basin between the equator and 12°N.When the force produced by the coupled ocean-atmosphere interaction is larger than or equal to the resistance caused by the mixed layer water oscillation,the oscillation will be stronger or maintain as it is,while when the force is less than the resistance,the oscillation will be weaker,even break.